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南開大學師唯JACS:基于多孔配位鏈氫鍵框架的快速鋰離子傳輸

南開大學師唯JACS:基于多孔配位鏈氫鍵框架的快速鋰離子傳輸
鋰離子在固體中的快速和選擇性傳輸對開發高性能的固態電解質(SSE)起著關鍵作用。具有可調控的Li+傳輸途徑的多孔化合物是有前景的SSEs,但在Li+傳輸動力學、電化學穩定性窗口和界面兼容性方面的綜合性能難以同時實現。
南開大學師唯JACS:基于多孔配位鏈氫鍵框架的快速鋰離子傳輸
圖1. NKU-1000的合成、結構和多孔氫鍵框架
南開大學師唯等報告了一種基于多孔配位鏈的氫鍵框架(NKU-1000),以用作鋰金屬電池(LMB)的SSE。多孔配位化合物通常具有二維或三維的無限結構,但NKU-1000是一維的(1D),其具有540 m2 g-1的比表面積和11.48 埃的孔徑,這在配位化合物中是罕見的。Li@NKU-1000被進一步合成為SSE的主要成分,在25℃時表現出1.13×10-3 S cm-1的優異的Li+電導率、0.87的高Li+傳輸數、5.0 V的寬電化學窗口,以及良好的阻燃性。
南開大學師唯JACS:基于多孔配位鏈氫鍵框架的快速鋰離子傳輸
圖2. Li@NKU-1000的離子導電性和SSE的表征
此外,該SSE可以實現穩定的循環,其在0.5 mAh cm-2和0.5 mA cm-2的條件下,過電位低至45 mV,運行超過1200小時。更重要的是,基于NKU-1000-SSE組裝的固態電池在500次循環后顯示出94.4%的高放電容量,并且可以在寬的溫度范圍內工作而不形成鋰枝晶,這源于促進均勻高速Li+通量的線性跳動位點和可以緩沖Li+傳輸過程中結構變化的柔性結構。
總體而言,這項工作不僅為SSE創造了一種新型的基于配位鏈的氫鍵框架,而且還揭示了有序電負性位點和結構柔性在多孔化合物中快速傳輸Li+的關鍵作用。
南開大學師唯JACS:基于多孔配位鏈氫鍵框架的快速鋰離子傳輸
圖3. 全固態電池的性能
High-Efficiency Lithium-Ion Transport in a Porous Coordination Chain-Based Hydrogen-Bonded Framework. Journal of the American Chemical Society 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c00647

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